计算机组成和体系结构教学初探

计算机组成和体系结构教学初探

摘要：《计算机组成与体系结构》是计算机专业教学中一门非常重要的专业基础课程，它涵盖了计算机内部逻辑结构、基本工作原理以及软硬件的划分和界面。本文分析了江南大学《计算机组成与体系结构》课程教学中存在的一些困难，并初步探讨了可能的应对方案。

关键词：计算机组成与体系结构 计算机硬件基础 多种方式相结合

引言

目前，随着网络化和信息化的发展，计算机的软件领域课程，尤其是网络和网络应用类课程，越来越得到各高校的重视，国内很多高校的计算机专业逐渐转变为“软件工程”和“计算机科学”方向，过分强调软件与应用，而缺乏计算机体系结构、计算机组成与结构等硬件方向的培养。但是，从就业市场反馈的信息看，计算机软件人才已经供大于求，而熟悉硬件设计的人才则供不应求，年薪也高于同等的软件人才。据资料显示，2002年北京人才市场上硬件人才以较大差额供不应求，年薪高居行业第二，而软件人才则以3倍数量供大于求。不熟悉计算机组织与结构、不了解计算机体系结构的软件人才，也犹如建立在空中的楼阁，没有基础，从小而言无法满足人才市场的需求，从大而言无法担负我国科教兴国、在国际信息化竞争中立于不败之地的重任。

一、计算机硬件课程设置现状

当前国内计算机科学技术学科硬件主干课程设置有两种模式：一种是数字逻辑与数字系统(技术基础课)→计算机组成原理(专业基础课)→计算机体系结构(专业课)，大多数重点院校采用这种模式。

《计算机组成原理》是计算机科学与技术专业本科生必修的重要核心硬件课程之一，通过学习本课程，要求能够掌握计算机的一般组成原理与内部运行机理，为学习本专业后继课程和进行与硬件有关的技术工作打好基础。其后续课程有操作系统、计算机网络、计算机体系结构。

《计算机体系结构》是以计算机系统的外部特性为主来研究计算机系统基本结构的一门学科，是计算机及相关学科的专业基础课程。作为计算机学科的一个分支，计算机体系结构主要研究软件、硬件的功能分配和对软件、硬件界面的确定，即确定哪些功能由软件实现，哪些功能由硬件实现。本课程的学习目的是建立计算机系统的完整概念，学习计算机系统的分析方法和设计方法，掌握新型计算机系统的基本结构及其工作原理。

另一种设置模式是数字逻辑与数字系统(技术基础课)→计算机组成与体系结构(专业基础课)，江南大学及国内许多本科高等学校采用了这种课程设置模式。

《计算机组成与体系结构》课程综合了《计算机组成原理》和《计算机体系结构》两门课程的要求。要求学生掌握计算机系统各个部件的组成原理，最终达到从系统、整机的角度理解计算机的结构与组成，是“计算机科学与技术”专业的专业基础课、计算机硬件与结构方向非常重要的一门课程。这门课程的建设与教学质量直接关系到人才培养中计算机硬件与结构方向教育的成败。

目前，江南大学《计算机组成与体系结构》课程教学中存在如下一些具体困难：1)学时短，教学任务重。在大多数院校中两门主干课的内容被压缩到一门课程(80学时，其中包括16学时实验)中完成，在如此短的时间中很难针对技术细节进行详细讲解，学生普遍反映课程内容比较抽象，难以理解。2)课堂表现形式单一，没有充分利用板书+多媒体+实物演示相结合的方式体现教学内容。3)教材内容无法全面反映该学科最新发展动态。4)实验设计和安排还不够完善，没有充分调动学生自身的能动性去设计和完成实验。大多数学生完全按照实验指导书步骤完成实验，并没有真正理解实验的目的和意图。

为此，本文建议从以下两个方面进行改进和完善：1)尝试利用板书、讲解、多媒体课件、实物/模型展示相结合的多种方式和手段进行教学，以降低本课程的抽象程度，方便学生的理解和认识；2)适当增加实验学时，并以验证式实验、模仿式实验、探索式实验相结合的方式，充分调动学生自身的能动性，真正通过实验理解计算机的工作原理和机制。

二、多样化的课堂教学方式

由于《计算机组成与体系结构》主要讲述计算机内部基本部件逻辑结构、各部件协调工作机制。具有涉及知识面广、难度大、内容多、头绪多等难点；又由于专注于芯片内部结构，学生平时接触不到对应的实物，普遍反映这门课程难点多、内容抽象。在传统的教学中，教师通常用粉笔+黑板+书本的教学方式，这种教学方法非常不适应本课程的教学。首先，教师大量课堂时间用于板书、作图等低效率的重复体力劳动，留给课堂讲解的时间就会缩短；其次，这种静态作图颜色单调、误差大，不能激发学生的想象力，学生仍缺乏感性的认识；另外，一些最新的进展难以及时地传递给学生，无法激起学生的好奇心和学习激情。因此，有必要采用板书、讲解、多媒体课件、实物/模型展示相结合的多种方式和手段进行教学。

(一)多媒体